金属置换

用于替代金属的工程塑料和树脂CAE服务

什么是金属置换?

金属替换只是用塑料制成的类似部件替换金属部件(可能由铁、铝 (Al)、不锈钢 (SUS)、黄铜或任何其他金属制成)的行为。

传统上,金属一直是需要高耐用性、高耐热性或其他类似特性的部件的首选材料。然而,高性能工程塑料的发展使得在不牺牲性能的情况下用塑料部件替代一些金属部件成为可能。这可以提供许多优点,包括部件重量更轻、部件数量减少、由于树脂材料的天然吸引力而无需喷漆和涂层/电镀工艺,以及降低成本。

例如,用树脂部件替代金属铁部件的重量轻5至6倍,简单地从比重比较就可以看出(树脂的比重约为1.3-1.4,而铁的比重为7.8)。同样,用树脂部件替代铝部件可将重量减轻大约两倍(铝的比重=2.7)。

另外一点是,尽管金属用于生产的产品种类繁多,但在用于生产形状复杂的产品时常常会出现问题,因为这可能需要漫长而繁琐的后处理步骤,其中金属板是冲压、弯曲或扭曲,以及组合多个部件。相比之下,树脂可以很容易地模制成高度灵活的形状,具有基本上任意的复杂性,仅受模具设计的限制。因此,金属替代可以允许单个树脂组件替代多个金属组件,从而简化后处理步骤并降低成本。

在旭化成,我们正在利用我们的高性能工程塑料系列来探索广泛领域中金属部件的金属替代。

金属替代案例(一):家居五金配件(如月牙锁、门铰链) 蕾欧娜 90G系列・SG系列

月牙锁和门铰链等五金配件必须具有高强度,因此通常由金属制成。然而,金属部件所需的电镀工艺会产生被金属离子污染的废液,从而对环境造成重大影响。

用旭化成的LEONA™ 90GLEONA™ SG 系列金属替代这些组件(视觉上有吸引力的材料,非常适合时尚设计的应用),产生功能齐全的月牙形锁和铰链,触感温暖,制造时无需涂层/电镀或绘画。

新月

此外,使用 AGI 成型树脂月牙锁有助于减轻与凹陷和翘曲相关的问题。

点击此处查看LEONA™ 90G50的物理特性表

点击此处查看LEONA™ 91G55的物理特性表

合页

树脂化案例研究(2):螺母和螺钉 蕾欧娜 90G55

用于固定硬件组件位置的螺母通常由金属制成。然而,在包含大量螺母的汽车和其他系统中,单个螺母的重量加起来占整个系统重量的很大一部分。

使用旭化成的LEONA™ 90G55金属替代这些部件,每个部件的重量减轻了 6 克,或者每辆汽车大约减轻了 1 公斤,从而有助于提高燃油效率。此外,树脂螺母表面更光滑,提高了操作效率并减少了维修需求。

点击此处查看LEONA™ 90G55的物理特性表

树脂化案例(3):制造设备的部件(电磁阀) 蕾欧娜 S系列

用于容纳气压调节器(电磁阀)的底盘外壳——辅助自动化并嵌入在制造现场安装的仪器和设备中的部件——必须具有高强度,因此通常由金属制成。

然而,用于控制这些组件中空气的微小流体流动路径的迷宫网络迫使它们具有复杂的形状,需要冗长的多步骤制造过程,从而导致大量材料损失。

气动控制设备(电磁阀)

使用旭化成的LEONA™ S 系列高强度树脂对这些部件进行金属替代,简化了后处理并有助于简化制造。

点击此处查看LEONA™ SH10E的物理特性表

金属替代案例研究(4):电动汽车电池案例 レンセン™ロゴ (c-GFRTP)

电动汽车中的电池盒通常由钢或铝等金属制成。减轻部件重量以延长车辆行驶距离的目标表明可以改用树脂材料,但典型的树脂无法提供所需的耐热性;此外,降低成本是一个长期存在的问题。

通过使用旭化成的使用连续玻璃纤维增 强热塑性塑料 (c-GFRTP) 替代金属,我们能够为减轻重量做出贡献,从而增加汽车行驶的距离。

レンセン™のバッテリーケースへの活用
  • 前往此处了解LENCEN™ (c-GFRTP) 的详细信息

设计、制造技术支持

树脂CAE技术

CAE 是一种设计技术,其中使用计算机模拟在虚拟环境中构建和测试原型产品,从而能够以短交货期和低成本开发高性能产品。

旭化成利用树脂 CAE 技术提出高性能塑料产品设计,交货时间短,成本低。如果您对金属零件的减重或成本降低有任何疑问,请联系我们了解更多详情。

CAE

树脂 CAE 案例研究:制动踏板支架的Topology优化分析

旭化成的拓扑优化是一种利用计算机模拟来优化塑料部件结构的技术。这一过程为产品设计注入了新的见解,而这些见解从原始金属部件的形状中可能并不明显。

在这里,我们介绍了一个案例研究,其中旭化成工程师使用拓扑优化来设计金属制动踏板支架的轻型替代品。

第一步是对制动踏板支架的设计空间进行建模,以避免与其他系统组件发生干扰。从这个设计空间出发,构建了几个候选设计。
然后对它们进行分析,检查它们是否满足性能要求,并考虑到包括重量和易于制造等一系列因素,确定最佳形状。

通过这一过程,工程师得出结论,该组件可以重新设计,具有新的形状和更轻的重量,并建议使用旭化成的LEONA™ 14G33(33% 玻璃增强聚酰胺 66)进行金属替代,实现了 83% 的重量减轻。

超轻型制动踏板支架的挑战
超轻型制动踏板支架的挑战

正如这些案例研究所表明的,旭化成正在广泛的领域中探索金属替代的机会。在设计金属替代策略时,重要的是要考虑到金属和塑料的物理特性的差异,并考虑组件的使用环境。如果您有金属部件的重量或成本超过您的期望,请不要犹豫,与我们联系,讨论金属替代解决方案。

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